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Die
Erfindung betrifft einen digitalen Projektor zur Perimetrie, also
für Gesichtsfeldmessungen oder ähnliche
ophtalmologische Untersuchungen, insbesondere solche, bei denen
Reaktionen eines Patienten oder eines Auges eines Patienten auf
zeitlich veränderliche
Bilder untersucht werden. Die Erfindung betrifft ferner einen entsprechenden
Perimeter.
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Übliche Perimeter
für derartige
Untersuchungen nach dem Stand der Technik, die z. B. aus der Druckschrift
DE 24 28 441 A bekannt
sind, bestehen aus einer Halbkugel, in die der Patient hineinschaut. Dabei
muss der Patient während
der Untersuchung einen vorgeschriebenen Punkt innerhalb der Halbkugel
fixieren. Durch eine Optik wird üblicherweise kurzzeitig
ein Lichtfleck (Spot) in die Halbkugel projiziert, auf den der Patient
reagieren soll. Durch eine derartige aktive Mithilfe des Patienten
wird es möglich,
Korre lationen zwischen Ort, Zeit und Dauer eines solchen Spots in
der Halbkugel und einer Reaktion des Patienten bzw. eines Auges
des Patienten zu ermitteln. Dadurch können z. B. mögliche Degenerationen
bestimmter Sehwinkelbereiche des Patienten, wie sie beispielsweise
bei langjährigen
Brillenträgern auftreten,
festgestellt werden. Voraussetzung für eine Untersuchung der beschriebenen
Art nach dem Stand der Technik ist jedoch ein aktives Mitwirken des
Patienten an der Untersuchung durch korrektes Reagieren und Beibehalten
einer vorgegebenen Blickrichtung. Man erhält also in nachteiliger Weise von
Willen und Fähigkeit
des Patienten zur Mitwirkung abhängige
Untersuchungsergebnisse. Insbesondere pädiatrische Untersuchungen können sich dadurch
als praktisch unmöglich
erweisen.
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Aus
den Druckschriften
DE
101 51 314 A1 und
US
6,406,437 B1 sind Vorrichtungen für ophtalmologische Untersuchungen
bekannt, die pixelweise ansteuerbare bildgebende Elemente aufweisen
und damit vielseitiger einsetzber sind. Wie durch Verwendung mehrere
derartiger bildgebender Elemente auch farbige Bilder projiziert
werden können,
ergibt sich z. B. aus den Veröffentlichungen ”High performance
projection displays for avionics cockpits” von Michael H. Kalmanash
in den Proceedings der 19. Digital Avionics Systems Conference,
7–13 Oct.
2000, Vol. 1, p. 2.A.3-1–2.A.3-8
und ”Ultra
portable LCOS projector with high-performance optical system” von Satoshi
Ohuchi et al. in IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol.
48, No. 3, August 2002, p. 388–393.
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Die
Druckschriften
US 6,530,667
B1 und
JP 07-80096
A offenbaren Pprojektoren für andere als perimetrische
Anwendungen miteinem pixelweise ansteuerbaren bildgebenden Element
und einer weitwinkligen Projektionsop tik, die zumindest einen Ausschnitt
einer ebenen bildgebenden Fläche
des bildgebenden Elements in eine sphärisch gekrümmte Bildfläche abbildet, wobei ein Bild
des genannten Ausschnitts auf der sphärischen Bildfläche einen
in jede Richtung mindestens 120° überspannenden Raumwinkel
ausfüllt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Gerät zu entwickeln,
das für
eine Verwendung als Perimeter, insbesondere für eine objektive, also vom
Willen oder der Fähigkeit
eines Patienten unabhängige,
Funktionsdiagnostik, geeignet ist. Dabei das Gerät einen möglichst kompakten Aufbau haben
und gleichermaßen
für eine
Untersuchung eines rechten wie auch eines linken Patientenauges
geeignet sein.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen digitalen Projektor mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung
ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche.
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Möglich wird
mit einem solchen Projektor eine digitale Bilderzeugung von ein
menschliches Blickfeld vollständig
oder nahezu vollständig
ausfüllenden
Bildern, wobei diese durch digitale Daten vorgebbaren Bilder in
weiten Grenzen beliebiger Art und zeitlich veränderlich sein können, ohne
dass dazu eine aufwendige mechanische Bildnachführung erforderlich wäre. Dabei
kann ein entsprechender Perimeter dadurch mit außerordentlich geringen Abmessungen
ausgeführt
sein, dass eine Projektion der Bilder auf die sphärische Bildfläche von
innen erfolgt. Als sphärisch
gekrümmt
soll eine Bildfläche
dabei auch dann noch bezeichnet sein, wenn sie lokal einen Krümmungsradius
aufweist, der um bis zu 20%, vorzugsweise aber nicht mehr als 10%,
von einem mittleren Krümmungsradius
abweicht. Eine objektive Funktionsdiagnostik wird bei einer Bilderzeugung
mit einem Projektor der vorgeschlagenen Art dadurch möglich, dass
Korrelationen zwischen Hirnströmen eines
Patienten und den erzeugten Bildern gemessen werden können unter
Ausnutzung bekannter oder ermittelbarer Zusammenhänge zwischen
definierten optischen Reizen und den Hirnströmen.
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Wenn
der Projektor nicht nur eines, sondern drei pixelweise ansteuerbare
bildgebende Elemente aufweist, von denen jeweils zumindest ein Ausschnitt einer
bildgebenden Fläche
durch die weitwinklige Projektionsoptik auf die Bildfläche abgebildet
wird, wobei die Projektionsoptik dazu eine Strahlteilungsanordnung
aufweist, wird eine für
Gesichtsfelduntersuchungen wünschenswerte
Farbprojektion möglich. Dabei
wird eine für
ophtalmologische störende
Beleuchtungstaktung, die physiologisch wirksam wäre, sich bei anderen Arten
der Farbprojektion wie beispielsweise unter Verwendung von Farbrädern aber nicht
vermeiden ließe,
vermieden. Zu dem Zweck ist die Projektionsoptik vorzugsweise so
auszuführen, dass
von jedem der drei bildgebenden Elemente genau ein Lichtanteil einer
Gruppe von drei Lichtanteilen eines den Projektor verlassenden Lichtbündels ausgeht.
Eine Farbprojektion ist dann besonders gut möglich, wenn diese Gruppe aus
einem roten, einem grünen
und einem blauen Lichtanteil besteht.
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Dabei
müssen
die bildgebenden Elemente nicht selber als Lichtquellen dienen.
Möglich
und zweckmäßig ist
vielmehr eine Ausführung,
bei der die bildgebende Fläche
jedes bildgebenden Elements eine pixelweise steuerbare Reflexionseigenschaft hat,
wobei der Projektor ferner eine Lichtquelle aufweist, welche zumindest
den abzubildenden Ausschnitt der bildgebenden Fläche ausleuchtet, wodurch in
einfacher Weise hinreichend hohe Beleuchtungsintensitäten in der
Bildfläche
erreicht werden können.
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Eine
Erzeugung dreier Lichtanteile verschiedener Farbe ist in einfacher
Weise beispielsweise durch eine Anordnung von Farbfiltern zwischen
den bildgebenden Elementen und der Strahlteilungsanordnung realisierbar.
Dort können
auch zusätzlich oder
alternativ Polarisationsfilter, Linsen oder Linsengruppen angeordnet
sein. Ein zwischen einem bildgebenden Element und der Strahlteilungsanordnung angeordneter
Polarisationsfilter kann beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn
die Strahlteilungsanordnung von polarisationsabhängigen Transmissions- bzw.
Reflexionseigenschaften optisch aktiver Flächen Gebrauch macht. Eine dort
angeordnete Linse oder Linsengruppe, die üblicherweise sammelnd ausgelegt
sein wird, kann einen Strahlengang mit vergrößerter numerischer Appertur
und dementsprechend ein höheres
Auflösungsvermögen zur
Folge haben.
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Als
bildgebende Elemente mit pixelweise steuerbaren Reflexionseigenschaften
für erfindungsgemäße Projektoren
mit die bildgebenden Elemente ausleuchtenden Lichtquellen eignen
sich Flüssigkeitskristall-Elemente besonders
gut, mit denen sich hinreichend kurze Bildaufbauzeiten für Gesichtsfelduntersuchungen
realisieren lassen. Sehr gute Ergebnisse in dieser Hinsicht erzielt
man mit LCoS-Displays (Liquid Crys tal an Silicon), die beispielsweise eine
Pixelgröße von zwischen
15 × 15 μm2 und 25 × 25 μm2 haben
können.
Eine hinreichend hohe Pixelzahl bei nicht zu großem Platzbedarf kann man mit bildgebenden
Elementen erreichen, die eine bildgebende Fläche mit einer Diagonalen von
zwischen 20 mm und 40 mm aufweisen. Bildaufbauzeiten von nicht wesentlich
mehr als 1 ms sind mit derartigen Flüssigkristall-Elementen problemlos
erreichbar. Für andere
Ausführungen
der Erfindung können
auch Mikrospiegel-Matrizen (DMD, Digital Mirror Devices) in entsprechender
Weise als bildgebende Elemente verwendet werden. Alternativ wäre auch
eine Verwendung selbstleuchtender bildgebender Elemente möglich, die
beispielsweise aus OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) gebildet
werden können.
In diesem Fall erübrigt
sich eine zusätzliche
Lichtquelle und ein damit verbundener Konstruktions- und Materialaufwand.
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Wenn
der Projektor drei bildgebende Elemente aufweist, insbesondere bei
solchen Ausführungen,
bei denen eine einzige Lichtquelle zur Beleuchtung dieser bildgebenden
Elemente dienen soll, kann die Strahlteilungsanordnung in vorteilhaft
platzsparender Weise mit vier Strahlteilerwürfeln ausgeführt sein,
die jeweils eine durch eine Würfeldiagonale
gehende strahlteilende Fläche
haben, wobei die Strahlteilerwürfel
so auf einer gemeinsamen Basisebene angeordnet sind, dass sie auf
der Basisebene ein Quadrat ausfüllen
und die strahlteilenden Flächen
der vier Strahlteilerwürfel
auf der Basisebene senkrecht stehen und zwei sich in einem rechten Winkel
schneidende Ebenen aufspannen, wobei ferner eine zur Basisebene
senkrechte Seitenfläche
eines der Strahlteilerwürfel
einem zur Projektionsoptik gehörenden
Objektiv zugewandt ist, während
eine ebenfalls senkrecht auf der Basisebene ste hende Seitenfläche des
diesem Strahlteilerwürfel
diagonal gegenüber
liegenden Strahlteilerwürfels
gegebenenfalls einer Austrittfläche
der Lichtquelle zugewandt ist und die bildgebenden Elemente jeweils
mit ihrer bildgebenden Fläche
an einer zur Basisebene senkrechten Seitenfläche eines der beiden verbleibenden Strahlteilerwürfel angeordnet
sind. Mit einer auf der Basisebene ein Quadrat ausfüllenden
Anordnung der Strahlteilerwürfel,
die nicht unbedingt exakt gleich groß sein müssen, ist dabei eine Anordnung
gemeint, bei der zwei über
eine gemeinsame Würfelkante
verbundene Seitenflächen
jedes Strahlteilerwürfels
jeweils einer Seitenfläche
eines benachbarten Strahlteilerwürfels
in engem Abstand parallel gegenüber
liegen. Eine dadurch erreichbare kompakte Bauweise ist von Vorteil,
um eine möglichst
dichte Positionierung eines Patientenauges neben einer Austrittspupille
des Projektors zu ermöglichen.
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Eine
Farbmischung mit möglichst
geringen Intensitätsverlusten
lässt sich
mit einer derartigen Strahlteilungsanordnung verwirklichen, wenn
die strahlteilenden Flächen
so gestaltet sind, dass sie auftreffendes Licht polarisationsabhängig reflektieren oder
transmittieren, und zwischen einander parallel gegenüber liegenden
Seitenflächen
von Strahlteilerwürfeln,
an der dem Objektiv zugewandten Seitenfläche des entsprechenden Strahlteilerwürfels und/oder an
der der Austrittsfläche
der Lichtquelle zugewandten Seitenfläche jeweils ein Farbfilter
angeordnet ist, der einfallendem Licht zweier komplementärer Farben
orthogonale Polarisationen gibt oder um einen rechten Winkel abweichende
Polarisationsverschiebungen aufprägt (CSF, Color Selection Filter).
Eine RGB-Strahlaufspaltung
und -Zusammenführung
erhält
man auf diese Weise beispielsweise, wenn zwischen der Aus trittsfläche der
Lichtquelle und dem angrenzenden Strahlteilerwürfel sowie eventuell zusätzlich zwischen
dem Objektiv und der daran angrenzenden Seitenfläche des entsprechenden Strahlteilerwürfels jeweils
ein Grün/Magenta-Filter angeordnet
ist, während
ein weiterer Strahlteilerwürfel,
an dem zwei Bildgeber für
einen roten und einen blauen Lichtanteil angeordnet sind, von den
angrenzenden Strahlteilerwürfeln
durch zwei entsprechende Rot/Blau-Filter getrennt wird. Solche Strahlteilungsanordnungen
sind unter dem Namen ”Colorquad” an sich
bekannt. Insbesondere bei einer Verwendung derartiger Strahlteilungsanordnungen
kann es zweckmäßig sein,
zwischen der Lichtquelle und der Strahlteilungsanordnung einen Polarisator
anzuordnen.
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Zur
optimalen Ausleuchtung des abzubildenden Ausschnitts der bildgebenden
Fläche
jedes bildgebenden Elements kann der Austrittsfläche der Lichtquelle auch eine
Beleuchtungsoptik nachgeschaltet sein, die vorzugsweise aus einer
Linse oder einer Linsengruppe besteht. Eine räumliche Trennung der Lichtquelle
von weiteren Bestandteilen des Projektors kann wünschenswert sein, um eine kompakte
Bauweise eines diese weiteren Bestandteile enthaltenden Geräteteils
zu ermöglichen,
der in unmittelbarer Nähe
zum Patientenauge anzuordnen sein soll, sowie zur Vermeidung zu
großer
Hitzentwicklung in der Nähe
des Patienten. Eine zu diesem Zweck ausgelagerte Lichtquelle des
Projektors kann über
einen Lichtleiter, der flexibel oder auch als Lichtleitstab ausgeführt sein
kann, mit der Projektionsoptik verbunden sein. Durch die räumliche
Trennung ist auch eine Verwendung leistungsstarker Lichtquellen wie
z. B. einer Bogenlampe problemlos möglich.
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Zur
Abbildung der verhältnismäßig kleinen bildgebenden
Fläche
auf die gekrümmte
Bildfläche, auf
der das entstehende Bild einen in jede Richtung mindestens 120° überspannenden
Raumwinkel auszufüllen
hat, wobei eine möglichst
gleichmäßige Ausleuchtung
dieses Raumwinkels möglich
sein soll, eignet sich besonders gut eine Projektionsoptik, die
eine effektive Brennweite von zwischen 5 mm und 11 mm, besser noch
zwischen 6 mm und 8 mm hat. Um einen Feldwinkel gewünschter
Größe zu ermöglichen,
bietet sich eine Projektionsoptik mit einem Objektiv an, das eine
der Bildfläche
zugewandte, zerstreuende erste Teiloptik und eine von der Bildfläche aus
gesehen dahinter angeordnete sammelnde zweite Teiloptik aufweist.
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Für eine kompakte
Bauweise der Projektionsoptik, die aber gegebenenfalls der Strahlteilungsanordnung
genügend
Raum lässt,
ist dabei die zweite Teiloptik vorzugsweise mit einer effektiven
Brennweite von zwischen 30 mm und 50 mm, besonders vorzugsweise
zwischen 35 mm und 45 mm auszuführen.
Die erste, zerstreuende Teiloptik ist für eine hinreichend weitwinklige
Projektionsoptik vorzugsweise mit einer effektiven Brennweite von
zwischen –8
mm und –16
mm, besser noch mit einer effektiven Brennweite von zwischen –11 mm und –14 mm auszuführen. Zum
gleichen Zweck ist die erste Teiloptik vorzugsweise durch eine Linsengruppe
mit mindestens drei Linsen zu bilden. Eine besonders gute, Überstrahlungen
vermeidende Strahlführung
erhält
man, wenn die zweite Teiloptik wiederum eine der Bildfläche zugewandte,
sammelnde erste und eine ebenfalls sammelnde zweite Linsengruppe
aufweist, zwischen denen eine Blende angeordnet ist, wobei diese Blende
zweckmäßigerweise
mit einem Blendendurchmesser von zwischen 8 mm und 14 mm auszuführen ist.
Eine Abbildung guter Farbtreue kann man dabei erreichen, wenn zumindest
eine dieser beiden Linsengruppen aus einem Achromaten und vorzugsweise
einer zusätzlichen
dritten Linse besteht.
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Zweckmäßigerweise
kann dabei die erste Linsengruppe mit einer effektiven Brennweite
von zwischen 35 mm und 45 mm, die zweite Linsengruppe mit einer
effektiven Brennweite von zwischen 60 mm und 70 mm ausgeführt sein.
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Wie
bereits erwähnt,
soll der Projektor bzw. ein entsprechender Perimeter eine möglichst
nah am Patientenauge positionierbare Austrittspupille aufweisen,
um große
Gesichtsfeldwinkel ausleuchten zu können, ohne dass der Patient
im Weg wäre
oder der Projektor selbst dem Patienten die Sicht nähme. Erleichtert
werden kann eine dichte Positionierung der Austrittspupille neben
dem entsprechenden Patientenauge, wenn die Projektionsoptik ein
Umlenkelement, beispielsweise ein Prisma oder einen Spiegel, aufweist,
das vorzugsweise als 90°-Umlenkelement auszuführen ist.
Dadurch erhält
man einen geknickten Strahlengang, der es erlaubt, voluminöse Teile des
Projektors auf einer dem Patientenauge abgewandten Seite der Austrittspupille
anzuordnen. Bei einer Ausführung
der Projektionsoptik mit einer ersten und einer zweiten Teiloptik
beschriebener Art kann dieses Umlenkelement in zweckmäßiger Weise hinter
der ersten Teiloptik, also zwischen der ersten und der zweiten Teiloptik
des Objektivs angeordnet sein.
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Um
den Projektor mit einer nicht zu großen Projektionsfläche verwenden
zu können,
also einen Perimeter mit vorteilhaft geringem Abmessungen zur Verfügung zu
stellen, der auch keine zu hohe Strahlungsleistung erfordert, ist
die Projektionsoptik vorteilhafterweise für eine Bildschnittweite von
zwischen 25 cm und 60 cm auszuführen.
Dabei ist zu berücksichtigen,
dass eine zu kurze Bildschnittweite ophtalmologische Untersuchungen
an einem in Objektivnähe
angeordneten Auge, das das projizierte Bild einigermaßen scharf
wahrnehmen können
soll, unmöglich
macht. Besonders geeignet sind in dieser Hinsicht Projektoren mit
einer Bildschnittweite von zwischen 28 cm und 40 cm bzw. mit einer
Bildfläche,
die einen entsprechenden Radius hat. Dabei muss die Projektionsoptik
nicht für
verschiedene Bildschnittweiten einstellbar ausgelegt sein, es genügt vielmehr eine
für eine
bestimmte Projektionsfläche
ausgelegte und dementsprechend mit in einfacher Weise fest montierten
optischen Elementen ausgeführte
Optik. Um Untersuchungen auch für
Randbereiche eines Gesichtsfeld zuzulassen, sind Ausführungen
der Erfindung vorzuziehen, bei denen das ausgeleuchtete Bild von
der Austrittspupille aus gesehen einem zumindest in eine Richtung,
vorzugsweise in jede Richtung mindestens 160° überspannenden Raumwinkel ausfüllt.
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Ein
für Untersuchungen
der beschriebenen Art hinreichend hohes Auflösungsvermögen erhält man insbesondere dann, wenn
die Projektionsoptik objektseitig (also dem bildgebenden Element
zugewandt) eine numerische Appertur von zwischen 0,13 und 0,18,
und/oder bildseitig eine numerische Appertur von zwischen 0,002
und 0,003 hat. Ein Perimeter, der neben einem Projektor der beschriebenen
Art auch eine Projektionsfläche
aufweist, ist aus nahe liegenden Gründen vorzugsweise so auszuführen, dass
die Projektionsfläche
mit der Bildfläche
in Deckung ist. Aufgrund einer üblicherweise
dafür hinreichend
großen
Schärfentiefe
sind aber auch Abweichungen von bis zu 10 cm zwischen der abbildungstheoretischen
Bildfläche
und der Projektionsfläche problemlos
möglich.
Vorzuziehen sind jedoch Ausführungen,
bei denen die Projektionsfläche
und die Bildfläche
einen Abstand von höchstens
5 cm haben.
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Möglich und
zweckmäßig sind
insbesondere Ausführungen
der Erfindung, bei denen die Projektionsfläche als Halbkugel geformt ist
und der Projektor vorzugsweise so angeordnet ist, dass seine Austrittspupille
mittig in einer durch die Projektionsfläche definierten Kugel oder
von dort um nicht mehr als 5 cm versetzt liegt. Eine gute Abbildungsqualität bei einem sehr
einfachen Aufbau erhält
man z. B., wenn die Austrittspupille um einige Zentimeter seitlich
versetzt ist und das Patientenauge um einen ähnlichen Abstand in entgegengesetzte
Richtung seitlich versetzt daneben platziert werden kann.
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Dazu
sieht die vorgeschlagene Erfindung vor, dass zur sicheren Positionierung
eines Patientenkopfes neben dem Projektor eine Kopfhalterung angeordnet
ist, in der der Patientenkopf fixiert oder gegen die er abgestützt werden
kann mit einer Blickrichtung, die einer Hauptaustrittsrichtung des
Projektors entspricht. Der vorgeschlagene Perimeter eignet sich
in besonders einfacher Weise zur Untersuchung sowohl eines rechten
als auch eines linken Auges, indem die Kopfhalterung und der Projektor
oder zumindest ein die Austrittspupille definierender Teil des Projektors
gemeinsam um eine zwischen der Kopfhalterung und dem Projektor bzw.
dem entsprechenden Teil des Projektors verlaufende, durch die Hauptaustrittsrichtung
des Projektors definierte Achse um mindestens 180° drehbar
gelagert ausgeführt sind.
Das kann durch eine Anordnung sowohl der Kopfhalterung als auch
des Projektors bzw. des entsprechenden Teils des Projektors in einem
gemeinsamen Drehrahmen erreicht werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im folgenden anhand der 1 bis 4 erläutert. Es
zeigt
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1 eine
Schnittzeichnung eines erfindungsgemäßen digitalen Projektors zur
Perimetrie,
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2 eine
Anordnung dieses Projektors neben einem Patientenkopf als Schnittzeichnung
von oben gesehen,
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3 einen
Perimeter mit einem Projektor, der in den 1 und 2 gezeigten
Art in perspektivischer Darstellung, und
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4 eine
Schnittzeichnung eines weiteren erfindungsgemäßen Projektors.
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Der
in 1 dargestellte Projektor weist drei bildgebende
Elemente 1, 2, 3 mit jeweils einer bildgebenden
Fläche 4 auf
sowie eine in einem Gehäuse 5 untergebrachte
Strahlteilungsanordnung, die aus vier Strahlteilerwürfeln 6,
zwei Grün/Magenta-Filtern 7 und
zwei Rot/Blau-Filtern 8 besteht, und eine Projektionsoptik,
welche durch eine erste Teiloptik 9, eine aus einer ersten
Linsengruppe 10 und einer zweiten Linsengruppe 11 sowie
einer zwischen diesen Linsengruppen 10 und 11 angeordneten
Blende 12 bestehende zweite Teiloptik und jeweils einer
zwischen jedem bildgebenden Element 1, 2, 3 und
der Strahlteilungsanordnung angeordneten weiteren Sammellinse 13 einer
Brennweite von 34,7 mm gebildet wird. Zwischen der ersten Teiloptik 9 und
der aus den zwei Linsengruppen 10, 11 gebildeten
zweiten Teiloptik ist ein 90°-Umlenkelement 14,
hier ein Prisma, angeordnet, so dass sich eine dort einen Knick von
einem rechten Winkel aufweisende optische Achse 15 des
Projektors ergibt.
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Die
Projektionsoptik hat insgesamt eine effektive Brennweite von 7 mm,
wobei die aus drei Zerstreuungslinsen bestehende erste Teiloptik 9 eine
effektive Brennweite von –12,8
mm und die zweite Teiloptik, die aus den zwei Linsengruppen 10 und 11 besteht,
eine effektive Brennweite von 40,5 mm hat. Sowohl die erste Linsengruppe 10 der
zweiten Teiloptik, die eine effektive Brennweite von 39,1 mm aufweist, als
auch die zweite Linsengruppe 11 mit einer effektiven Brennweite
von 65,1 mm wird jeweils durch einen Achromaten und eine zusätzliche,
sammelnde Linse gebildet. Die zwischen diesen beiden Linsengruppen 10 und 11 angeordnete
Blende 12 hat einen Blendendurchmesser von etwa 10,6 mm.
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Die
vier Strahlteilerwürfel 6 der
sich an die zweite Teiloptik anschließenden Strahlteileranordnung
sind so auf einer gemeinsamen Basisebene angeordnet, dass sie dort
ungefähr
ein Quadrat ausfüllen,
und weisen jeweils eine durch eine Würfeldiagonale vorgegebene,
polarisationsabhängig
transmittierende oder reflektierende strahlteilende Fläche 16 auf,
wobei die Strahlteilerwürfel 6 so
orientiert sind, dass die strahlteilenden Fläche 16 zwei sich in
einem rechten Winkel kreuzende, auf der Basisebene senkrecht stehende
Ebenen aufspannen. Die zweite Linsengruppe 11 der zweiten
Teiloptik grenzt an eine zur genannten Basisebene senkrecht stehende
Seitenfläche
eines der Strahlteilerwürfel 6 an,
an der einer der Grün/Magenta-Filter 7 angeordnet
ist. Diese Grün/Magenta-Filter 7 sind,
wie auch die Rot/Blau-Filter 8,
so ausgelegt, dass sie transversal polarisiertem Licht einer genannten
Farben eine verglichen zur entsprechenden Komplementärfarbe um 90° abweichende
Polarisationsänderung
aufprägen.
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Eine
ebenfalls mit einem Grün/Magenta-Filter 7 versehene,
in entgegengesetzte Richtung orientierte Seitenfläche des
dem zuletzt genannten Strahlteilerwür fel 6 diagonal gegenüber liegenden Strahlteilerwürfels 6 ist
einer Beleuchtungsoptik 17 zugewandt, die zur optimalen
Ausleuchtung der bildgebenden Flächen 4 der
bildgebenden Elemente 1, 2, 3 aus einigen
Linsen besteht und hinter der eine Austrittsfläche 18 einer hier
nicht abgebildeten Lichtquelle angeordnet ist. Diese Lichtquelle
ist bei dem abgebildeten Ausführungsbeispiel
ausgelagert und über
einen hier ebenfalls nicht abgebildeten elastischen Lichtleiter
mit der Austrittsfläche 18 verbunden.
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Von
den beiden verbleibenden Strahlteilerwürfeln 6 wendet einer,
der von den benachbarten Strahlteilerwürfeln 6 durch die
zwei Rot/Blau-Filter 8 getrennt wird, zwei außen liegende,
auf der Basisebene senkrecht stehende Seitenflächen der bildgebenden Fläche 4 des
ersten bildgebenden Elements 1 und des zweiten bildgebenden
Elements 2 zu, während
der andere Strahlteilerwürfel 6 eine
seiner außen
liegenden und auf der Basisebene senkrecht stehenden Seitenflächen der
bildgebenden Fläche 4 des
dritten bildgebenden Elements 3 zuwendet.
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Bei
den genannten bildgebenden Elementen 1, 2, 3 handelt
es sich um LCoS-Displays mit einer Pixelgröße von 20 × 20 μm2,
einer Pixelanzahl von 1.280 × 768
und einer Abmessung der rechteckigen bildgebenden Flächen 4 von
25,6 mm × 15,36
mm. Licht, das von der genannten Lichtquelle ausgeht, fällt nach
Passieren der Beleuchtungsoptik 17 nach Transmissionen
und/oder Reflexionen an optisch aktiven Flächen der beschriebenen Strahlteilungsanordnung
je nach Farbe auf eines der bildgebenden Elemente 1, 2, 3,
um nach einer Reflexion an der bildgebenden Fläche 4 des entsprechenden
bildgebenden Elements 1, 2, 3 den Projektor
durch eine der Sammellinsen 13, die zweite Teiloptik und die
erste Teiloptik 9 zu verlassen, wobei die Strahlteilungsanordnung
ein weiteres Mal passiert wird. Die Grün/Magenta-Filter 7,
die Rot/Blau-Filter 8 und die strahlteilenden Flächen 16 der
Strahlteilerwürfel 6 sind
dabei so orientiert, dass ein roter Lichtanteil an dem ersten bildgebenden
Element 1, ein blauer Lichtanteil an dem zweiten bildgebenden
Element 2 und ein grüner Lichtanteil
an der bildgebenden Fläche 4 des
dritten bildgebenden Elements 3 reflektiert wird. Die bildgebenden
Elemente 1, 2, 3 sind digital ansteuerbar
und haben pixelweise steuerbare Reflexionseigenschaften, so dass
dem Licht beim Durchgang durch den Projektor ein nahezu beliebig
und zeitlich veränderlich
vorzugebendes Bild aufprägbar
ist.
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Dabei
ist die Projektionsoptik so gestaltet, dass ein kreisförmiger Ausschnitt
eines Durchmessers von etwa 15 mm der bildgebenden Fläche 4 jedes
der bildgebenden Elemente 1, 2, 3 auf
eine sphärische
Bildfläche
mit einem Krümmungsradius
von etwa 300 mm abgebildet wird, so dass sich bei Verwendung einer
entsprechend sphärisch
gekrümmten,
am besten als Halbkugel ausgeführten
Projektionsfläche
eine Bildschnittweite von ebenfalls etwa 300 mm ergibt. Die beschriebene
Projektionsoptik hat dabei objektseitig (also in Richtung der LCoS-Displays)
eine numerische Appertur von 0,164 und bildseitig eine numerische
Appertur von 0,002425. Der genannte Ausschnitt der bildgebenden
Fläche 4 jedes
der bildgebenden Elemente 1, 2, 3 wird
dabei in einen Raumwinkel abgebildet, der in jede Richtung 160° überspannt,
entsprechend einem maximalen Feldwinkel von 80°. Bildseitig ergibt sich dabei
eine Schärfentiefe,
die in einem mindestens 90 mm messenden Bildtiefenbereich zu einem
scharf wahrnehmbaren Bild führt.
Drei in der 1 eingefügte Zahlen geben Abmessungen
des beschriebenen Projektors in Millimetern an.
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In 2 ist
der beschriebene Projektor aus 1 in kleinerem
Maßstab
noch einmal abgebildet, wobei neben den schon erläuterten,
in dem Gehäuse 5 untergebrachten
Merkmalen, die der größeren Übersichtlichkeit
halber nicht mehr alle mit Bezugszeichen versehen sind, auch ein
Lichtleiter 19, ein neben einer Austrittspupille 20 des
Projektors angeordneter Patientenkopf 21 mit einem zu untersuchenden
Auge 22, sowie eine halbkugelförmige Projektionsfläche 23 zu
sehen sind. Die Projektionsfläche 23 definiert
eine Symmetrieachse 24 und ein Kugelzentrum 25,
wobei die Austrittspupille 20 auf Höhe des Kugelzentrums 25 angeordnet
und gegenüber
der Symmetrieachse 24 um einen numerisch in Millimetern
eingetragenen Abstand von 33 mm seitlich versetzt ist. Das zu untersuchende
Auge 22 ist in entgegengesetzte Richtung um einen entsprechenden
Abstand vom Kugelzentrum 25 entfernt platziert, so dass
sich zwischen der Austrittspupille 20 und dem zu untersuchenden
Auge 22 ein ebenfalls in Millimetern eingezeichneter Abstand
von 66 mm ergibt. Die Projektionsfläche 23, die einen
Krümmungsradius von
300 mm hat, weicht dadurch um höchstens
33 Millimeter von der theoretischen Bildfläche ab, so dass sich ein noch
scharfes Bild ergibt, das von dem Auge 22 mit vernachlässigbaren
Verzerrungen wahrgenommen werden kann. Eingezeichnet ist auch ein 160° überspannender,
von dem Projektor ausleuchtbarer Raumwinkel und zwei typische maximale
Feldwinkel des Auges 22 von 60° und 82°.
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In 3 schließlich ist
ein Perimeter mit einem digitalen Projektor der zuvor beschriebenen
Art und einer halbkugelförmigen
Projektionsfläche 23 abgebildet,
der zusätzlich
eine Kopfhalterung 26 aufweist mit zwei Gurten 27,
an denen ein Patientenkopf in einer in 2 dargestellten
Position abgestützt werden
kann. Die Kopfhalterung 26 und der in dem Gehäuse 5 untergebrachte
Teil des Projektors sind in einem gemeinsamen Drehrahmen 28 untergebracht, der
um die hier nicht eingezeichnete Symmetrieachse 24 aus 2 um
mindestens 180° drehbar
ausgeführt
ist. Dadurch kann der abgebildete Perimeter durch ein einfaches
Schwenken des Drehrahmens 28 um 180° von einer hier abgebildeten,
zur Untersuchung eines rechten Auges geeigneten Stellung in eine
zur Untersuchung eines linken Auges optimale Stellung gebracht werden.
Zu erkennen ist in der 3 wieder ein flexibler Lichtleiter 19,
der das Gehäuse 5 mit
einer externen Lichtquelle 29 verbindet, die hier durch
eine Bogenlampe gegeben ist.
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Eine
leicht abweichende Ausführung
eines erfindungsgemäßen Projektors
ist in 4 abgebildet. Wiederkehrende Merkmale sind hier
wieder mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Anders als bei dem
zuvor beschriebenen Projektor wird hier eine Lichtquelle 29,
die zur Lichtfokussierung von einem Parabolspiegel 30 umgeben
ist, durch einen Lichtleitstab 31 mit der Beleuchtungsoptik 17 verbunden. Auch
hier wird, insbesondere durch das Umlenkelement 14, ein
hinreichend großer
Abstand zwischen der Lichtquelle 29 und einem Patientenkopf
sichergestellt. Einige Abmessungen des abgebildeten Projektors sind
wieder durch Zahlenwerte, die sich auf Millimeter beziehen, angegeben.